信息摘要：
1前言 钢丝绳是一种挠性零件，具有强度高、重量轻、弹性好、运行平稳、适合于变向传力以及在需要时具有可以迅速破断的优点，从而是航空、船舶、桥梁及机械等设备中的常用零件
1前言
钢丝绳是一种挠性零件，具有强度高、重量轻、弹性好、运行平稳、适合于变向传力以及在需要时具有可以迅速破断的优点，从而是航空、船舶、桥梁及机械等设备中的常用零件，主要用于起升机构、牵引机构及需要变向的传力机构等。航空钢丝绳是大型客机及运输机揉纵和控制系统的重要元件，主要用于通信、控制飞机的方向舵，副翼、引擎、着陆齿轮、罗盘针矫正器等。航空钢丝绳由于使用环境特殊、要求安全可靠性高并能长时间使用，有比一般普通钢丝绳更高的性能要求，尤其是在抗拉强度要求方面。某型飞机任务系统最重要的零件之一就是钢丝绳，在钢丝绳的使用过程中，如果不注意钢丝绳的合理使用和及时更换，就会严重降低钢丝绳的承载能力，最终导致钢丝绳断裂，而钢丝绳的突然断裂往往会对相关设备的安全造成极大的损害。作为某型飞机重要的牵引机构的关键零件，在外场试飞时，钢丝绳发生了断裂事件，经断口分析，钢丝断口主要有斜断口、平断口和缩颈断口，钢丝绳断口处发黑，放大镜观察断后处有挤压、磨损等损伤，见图1，为分析钢丝绳断裂原因，有必要对钢丝绳进行受力分析，以便改进设计及后续使用维护。
2钢丝绳受力分析
钢丝绳的理论受力只受轴向外力作用，在这样的状况下，对钢丝绳进行有限元建模，建立钢丝模型，根据钢丝绳技术条件规定的螺旋角建立钢丝绳模型，钢丝的弹性模量E取210000MPa，泊松比取0.33，在每根钢丝之间建立线接触，划分网格，施加轴向载荷500Kg，建立的钢丝绳有限元模型如图2所示。
图2钢丝绳有限元模型图3钢丝绳有限元应力云图
有限元分析结果见图3，从应力云图可以看出钢丝绳整体应力水平不高，远小于强度极限，和疲劳极限，在7根股中，中心股的应力最大，既受力最严重。外层钢丝对钢丝绳中线成各种不同的角度，且钢丝按螺旋状处在每股钢丝绳中，每股又绕中线缠绕。钢丝绳承受轴向拉力时，实际在每根钢丝中，既产生拉力，又产生弯曲和扭转应力。绕钢丝绳产生弯曲变形时，钢丝绳中钢丝不同截面而产生不同的弯曲应力和扭转应力。
3钢丝绳断裂原因分析及改进
某型飞机任务系统钢丝绳在作业时，主要载荷为拉载，但经钢丝绳受力分析，钢丝绳在受拉载荷时，静强度和疲劳强度均满足要求，后续进行了静强度试验和疲劳强度试验，钢丝绳均满足要求，既故障不能复现。
重新梳理钢丝绳的受力和使用环境，影响航空钢丝绳断裂的的主要因素，符合国家标准的钢丝绳在正常使用中出现早期失效现象，结合钢丝绳断口分析，钢丝绳最有可能的断裂原因为拉伸载荷在附加应力引起的疲劳断裂。钢丝绳由外层钢丝绕中心股组成，通过对钢丝绳受力分析，分析出影响钢丝绳断裂的因素，有原材料质量缺陷、钢丝绳的直径、使用环境等因素。
a）原材料对钢丝疲劳断裂的影响
钢丝质量的好坏对钢丝绳的疲劳寿命有着重要的影响，钢丝质量的纯净度越高，碳成分波动越小，气体含量及夹杂物含量越低，则钢丝的内部缺陷越少，疲劳裂纹则不易萌生，钢丝绳的疲劳寿命越高。钢丝的表面质量同样很重要，如存在表面划伤，微裂纹等表面缺陷，也会影响钢丝力学寿命的分散性，从而大幅降低钢丝绳的疲劳寿命。
b）钢丝绳的直径对钢丝疲劳断裂的影响
和钢丝绳的疲劳寿命有关的参数还有钢丝绳的直径，但对直径并不超标的钢丝绳，还应该进一步分析直径的组成。以本文所选外层六股钢丝绳为例，钢丝绳直径是否大于两边股直径加中心股直径的和，是反映捻制紧密程度的指标。钢丝绳直径小于两边股加中心绳（股）直径的差值愈大，钢丝绳的抗疲劳性能愈好。
d）钢丝中心股的加粗
钢丝绳中心股是比其他股直径粗，中心股的加粗使得外层股受力时产生的横向压力完全落在中心股上，这应该是好现象，但这种压力不应对中心股的钢丝造成点接触的强压痕迹。如果造成点接触压痕，它同样也是断裂的隐患，从本文有限元分析的结果也可以看出，中心股的应力较其他外层股的应力高。
综上分析，钢丝绕钢丝绳中线成各种不同的角度，且钢丝按螺旋状处在每股钢丝绳中，每股又绕中线缠绕，钢丝绳承受轴向拉力时，实际在每根钢丝中，既产生拉力，又产生弯曲和扭转应力。绕钢丝绳产生弯曲变形时，钢丝绳中钢丝不同截面而产生不同的弯曲应力和扭转应力。实际工作中，这些应力共同作用形成复杂的应力状态，钢丝绳的疲劳寿命与其受力状态有着密切的关系，而且钢丝绳受力也与钢丝材料、直径及使用状态密切相关。针对某型机钢丝绳断裂，改进方式使用更柔性的材料，重新设计喇叭口，尽量消除钢丝绳由气流扰动产生的附加弯曲应力，后续试验取得了良好的效果。
4结论
钢丝绕钢丝绳中线成各种不同的角度，且钢丝按螺旋状处在每股钢丝绳中，每股又绕中线缠绕，钢丝绳承受轴向拉力时，实际在每根钢丝中，既产生拉力，又产生弯曲和扭转应力。绕钢丝绳产生弯曲变形时，钢丝绳中钢丝不同截面而产生不同的弯曲应力和扭转应力。实际工作中，这些应力共同作用形成复杂的应力状态，钢丝绳的疲劳寿命与其受力状态有着密切的关系，而且钢丝绳受力也与钢丝材料、直径及使用状态密切相关。
